Linux ：進程狀態

1 引言?

2?操作系統的資源分配

3進程狀態

3.1運行狀態

3.2 阻塞狀態

3.3掛起狀態

?4.進程狀態詳解

4.1 運行狀態R

4.2 休眠狀態S

4.3深度睡眠狀態D

4.4僵尸狀態Z?

5 孤兒進程

6?進程優先級??

?其他概念

1 引言?

🌻在前面的文章中，我們已經介紹了進程的概念，和如何取獲取進程相關的屬性及進程相關性的信息，以及如何去創建一個子進程。可是我們知道，系統中的內存資源是非常寶貴的，且系統中存在著大量的進程，對于這些進程，系統需要給其分配所需要的資源，對于如今的單核或者多核的計算機，想象一下，如果大量的進程同時需要進行處理，那么會產生什么樣子的后果呢？

? ? ? ?所以為了整個操作系統的穩定和效率，操作系統會對進程進行調度、管理，于是就需要對進程狀態進行分類，操作系統需要知道哪些進程是可運行的，以便將它們分配給可用的CPU核心；哪些進程是睡眠的，這樣可以將他們的內存頁面換出到磁盤，釋放內存資源等。

2?操作系統的資源分配

? 為了理解進程狀態的概念，我們需要先理解一些操作系統進行資源分配的概念。

根據馮諾依曼體系結構，操作系統的設計就是向下為了與硬件交互，管理所有的軟硬件資源，向上為用戶提供一個良好的執行環境。那操作系統是怎么管理所有的硬件資源的呢？類似對進程的管理，操作系統會為每一個硬件維護了一個數據結構，用來存儲他們的屬性及相關信息。
而在描述每一個硬件的結構體中，一般都會存在一個用于給進程分配資源的等待隊列。
當進程在執行中需要訪問硬件設備時，即需要占用硬件設備資源的時候，操作系統就會將CPU隊列中該進程的PCB拿出來放在該硬件的分配資源的等待隊列中。
在硬件的分配資源等待的隊列中，總是遵循先進先出的規則，硬件會給每一個在隊列中排到隊的進程分配資源，并不是只要在這個隊列中就立即分配資源。
多個進程在一個CPU下采用進程切換的方式，在一段時間之內，讓多個進程都得以推進，稱之為并發

3進程狀態

🌸在正式介紹進程狀態之前，我們先說幾個概念以助于理解進程狀態：?

一個CPU一個運行隊列
讓進程入隊列的本質就是將該進程的task_struct結構體對象放入隊列中
進程不止會等待（占用）CPU資源，也可能隨時隨地需要外設資源
所謂的進程的不同的狀態，本質上是進程在不同的隊列中等待資源

3.1運行狀態

進程的運行狀態并不是進程正在運行就叫運行狀態，而是系統將進程的PCB放到CPU的分配資源的隊列中等待運行的狀態叫做運行態，無論進程是在排隊還是在占用CPU資源。

3.2 阻塞狀態

正在執行的進程由于發生某事件（如外設請求?）暫時無法繼續執行，此時引起進程調度，操作系統會把需要與外設進行交互的進程拿出來與外設進行交互，把另一個進程放進cpu運行隊列中，一般將這種狀態稱為阻塞狀態。

3.3掛起狀態

進程=PCB(內核數據結構)+磁盤中的代碼
當一個程序運行的時候，程序的代碼和數據會被加載到內存中，會占用內存的資源。對于系統中的一些短時間內不會被調度或者處于阻塞狀態的進程，這些代碼短時間內不會被運行起來，但是這些進程的代碼和數據仍然在內存中，當內存空間不夠時，操作系統會將這類進程暫時調離出內存，也就是將這類進程的程序和代碼數據從內存中拿出來，放到指定的磁盤空間中，而將進程的PCB留在內存中。這樣的操作稱為進程的掛起。當之后條件允許的時候，這些代碼和數據會被操作系統再次調回內存。

🌻掛起狀態和阻塞狀態的比較

相同點：1）. 進程都暫停運行

? ? ? ? ? ? ? ?2）.?進程都釋放CPU，即兩個過程都會涉及到上下文的切換

不同點： 1）.?對系統資源的占用：雖然都釋放了CPU，但阻塞的進程仍處于內存中，而掛起的進程的代碼和數據都已經被放入了磁盤。

?4.進程狀態詳解

上述狀態是在宏觀操作系統的層面上敘說狀態，不同操作系統會有不同說法，接下來我們將演示一下Linux 操作系統的進程狀態以及具體演示。如下是Linux 操作系統的不同狀態。

4.1 運行狀態R

我們寫一個myprocess.c 的程序，其中是個循環，一直執行下去。

通過命令 ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess? 命令我們可以看到當前進程狀態。

通過上圖我們能看到? STAT：R+ 即狀態是運行狀態。?（關于+后續說明）

4.2 休眠狀態S

我們對myprocess.c 的程序進行改寫，其中也是個死循環，一直執行下去，唯一不同的是我們進行了打印。

通過命令 ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess? 看到當前進程狀態。

我們發現當前狀態STAT: S+，程序一直運行下去，不停的輸出a的值為：4，進程的狀態不應該是R+嗎？

?當cpu 運行myprocess 程序時速度是極快的，但是這里我們使用了printf()函數，即把數據打印在顯示器上，所以這個進程需要與顯示器進行交互，而與顯示器交互的時間相比于cpu運行時間要長很多，所以此時操作系統會把myprocess這個進程從cpu的運行隊列中拿出，去與外設顯示器交互，然后再放到cpu運行隊列中運行，所以說雖然這個進程一直在運行，但大多數時間都在與外設交互所以進程的狀態是S狀態。

4.3深度睡眠狀態D

深度睡眠狀態是不可中斷的狀態，是阻塞狀態的一種，disk sleeping，說明該睡眠狀態是跟dis（磁盤有關），指的是進程在等待磁盤資源時的阻塞狀態。為什么有了睡眠狀態S還要有一個深度睡眠狀態D呢？以及為什么深度睡眠狀態要是不可中斷的狀態。

?當我們需要輸入一個很大的用戶信息文件時候，需要向磁盤中傳輸數據，此時這個進程會在內存中與磁盤進行長時間的交互，即阻塞狀態，當操作系統的內存空間不足的時候會進行掛起狀態，但所掛起狀態仍然內存資源不足的時候，系統會把這塊內存釋放掉，那么此時用戶信息就會丟失，所以Linux操作系統有個深度休眠狀態D，即不可中斷狀態。?

4.4僵尸狀態Z?

Linux系統中的 X 狀態，就是概念中的死亡狀態，上面已經提到過當進程不會被調度、不會運行時，就會進入終止狀態，此時該進程就等著被系統釋放了。但是在Linux中，當進程不會再調度、不會再運行時，不會立馬進入X狀態，而是先進入Z（僵尸狀態），此進程被稱為僵尸進程Z

僵尸進程 Z的感性認識：進程被創建出來------->完成任務----------->要知道它完成的如何，可以不關心結果（進程退出的時候，不能立即被釋放進程對應的資源，而是保存一段時間，讓父進程或os來進行讀取）------------------>進程進入死亡狀態X被系統回收。

這里我們創建了一個子進程，子進程在5秒之后退出程序，但是父進程仍然會執行while循環，也就是說這個程序并沒有終止，所以盡管子進程退出了但是因為這個程序還在運行，操作系統并沒有對其釋放，所以子進程將會是僵尸狀態。?

從上圖我們可以看出剛開始子進程的狀態是S+，即與顯示器進行交互，后面子進程退出，但父進程還在執行，所以操作系統還沒有對其回收，此時子進程的狀態就為僵尸進程Z。

當我們終止進程的時候再進行查看狀態的時候已經查不到了，因為進程被系統釋放掉了

僵尸進程的危害：

進程的退出狀態必須被維持下去，因為他要告訴關心它的進程（父進程），你交給我的任務，我辦的怎么樣了。可父進程如果一直不讀取，那子進程就一直處于Z狀態。
?維護退出狀態本身就是要用數據維護，也屬于進程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，換句話說，Z狀態一直不退出，PCB一直都要維護。?那一個父進程創建了很多子進程，就是不回收，就會造成內存資源的浪費。因為數據結構對象本身就要占用內存
僵尸進程一直不被釋放將會造成內存泄漏。

5 孤兒進程

父進程如果提前退出，那么子進程后退出，進入Z之后，那該如何處理呢？
父進程先退出，子進程就稱之為“孤兒進程”
孤兒進程被1號init進程領養，1號init進程回收（1號int進程不是別的就是bash）.

我們寫個程序演示孤兒進程

???????

?我們能夠看到父進程PID為18214?

這一步我們把父進程18214 kill掉，明顯能夠看出子進程18215的父進程變成1而 1就是bash.,并且我們可以看到此時子進程被1進行收養之后，狀態變成S，沒有了+，這里的“+”表示是前臺運行的意思，當子進程被1號領養之后，其狀態就變為了后臺運行。?

?此時子進程被1號進程領養之后，變成后臺進程，用Ctrl + x并不能退出進程了，只能用kill + PID 殺死進程。

小結：

這種現象一定存在
子進程會被操作系統領養
為什么要這樣做，如果不領養，那么子進程退出時，對于的僵尸，便沒有人回收了。
被領養的進程-------------->孤兒進程
如果前臺進程創建的子進程變成孤兒了，會自動變成后臺進程。

6?進程優先級??

進程優先級是什么？為什么需要有進程優先級？

進程優先級也是進程的一種屬性，同樣被包含在task_struct結構體中，其代表了CPU資源分配的先后順序，優先權高的進程擁有優先執行的權利。

我們系統的資源是非常有限的，當出現大量的進程時，面對少量資源就不可避免地出現資源競爭的情況，類似現實生活中，如果系統不干預這種情況，任由進程自己競爭，則會出現部分進程執行不了自己的任務的情況，所以系統需要確定一個優先級，配置進程優先權對多任務環境的Linux很有用。